復雜地層樁基礎施工質量控制與提升效率方案比選

嚴劍

【摘要】本文主要以實際工程為依托，對復雜地層樁基礎施工中沖擊鉆、反循環回旋鉆和大功率旋挖鉆3種施工方法和施工效果進行對比分析，以期確定出最為合適的施工方案。

【關鍵詞】樁基礎施工；沖擊鉆；反循環回旋鉆；大功率旋挖鉆

引言

在樁基礎施工中，鉆孔灌注樁施工技術的應用非常廣泛，其為樁基礎整體施工質量的提升做出了巨大貢獻。但是截止目前，在復雜地層內進行樁孔施工仍是困擾我國施工領域的難題，只有選用對復雜地層樁基礎最為適用的施工工藝，才能保證樁孔施工質量和施工效率。本研究所涉及的工程為杭州-黃山（高鐵）項目杭州桐廬段富春江特大橋（全長為2986.4m），以主墩22#樁基為研究對象，其地層條件為：上層14m范圍為卵石漂石，往下4-6m地層是強風化巖石300KPa，再往下為弱風化巖，強度大于450KPa，樁長27m，下面本文就通過分析沖擊鉆、反循環回旋鉆和大功率旋挖鉆的工藝特點和施工效果，進一步比較3種成孔工藝在復雜地層條件下的具體實用性，希望能為類似工程施工提供有益借鑒。

一、復雜地層樁基礎施工質量控制與提升效率鉆孔工藝比較

1.大功率旋挖鉆成孔

大功率旋挖鉆工藝主要是依靠鉆筒取渣方式除渣，采用的是無水循環施工方式，旋挖鉆機自帶行走履帶機構和底盤的大功率鉆機，以柴油機為動力，此種施工工藝具有以下幾方面優點：成孔速度快，廢漿少，噪音低，施工現場整潔，不會對環境造成較大污染；在砂層、土層、淤泥層、砂礫石層均可應用，具有較強的地層適應能力，而且還適用于各種樁基礎工程；克服了機械成孔時孔底沉淤土多、樁側摩擦阻力小、泥漿管理差等缺點，極大提高了施工質量；超方量小，基本上不超方。但在巖石層、卵石漂石層鉆進時，鉆齒消耗大，影響鉆進效率，碾磨使還會產生較大的振動，容易產生偏位，且成本高，不得不采用沖擊鉆進工藝解決。

采用靜態泥漿護壁，孔壁泥皮薄，護壁效果不好，所以孔壁土層穩定性較差。針對鉆進易偏斜、易坍塌、難破碎等特點，在實際應用中，需做好焊齒滾刀的焊接工藝、焊條以及焊接母材的選擇，本工程專門設計了旋挖斗。為避免鉆進發生偏斜，采用外圈掏槽，中間定心；鉆進過程中及時采用濃度較大的泥漿補漿，泥漿護壁；為防止塌孔，設置通氣孔，以消除抽吸作用；選擇較大的筒徑，使耐磨條與孔壁間隙之間保持1cm，使其在鉆進過程中起到保徑、支撐作用。

2.沖擊鉆成孔

沖擊鉆成孔主要是利用沖擊鉆頭不斷地沖擊擠壓土壤，將大部分孔內泥土、泥砂、石塊、巖渣打碎擠入周圍土體，少部分泥砂和巖渣則通過循環泥漿工藝或掏渣筒排渣工藝排到孔外，進而成孔。此類工藝比較適用于含有漂卵石、石塊的復雜地層，也能穿透卵石和中等風化基巖。在鉆進過程中，土層受到擠壓，在孔壁周圍形成比較密實的環狀土體結構，所以成孔后的孔壁具穩定性較好，不會輕易出現塌孔現象，另一方面，提鉆時，沖擊鉆鉆頭不提出泥漿面，而且可采用循環泥漿及時補漿，水頭高度比較穩定，不易出現縮孔、塌孔現象。

根據地質情況，鉆頭出量研磨材料提鉆時必須經常檢查，復雜地層提鉆頭次數增加，由于鉆頭底量和外出量在卵石、基巖中磨損嚴重，所以必須及時修補，這就降低了純鉆進沖擊時間，減少了修補鉆頭的輔助時間，另外就是在提鉆時，應在將要達到護筒底部時小心地將鉆頭慢慢提起，避免碰撞孔口護筒，防止塌孔或護筒錯位變形。

根據泥漿循環程序，沖擊鉆成孔施工中可采用正循環和反循環兩種排渣方法。正循環排渣指的是在鉆進的同時，通過進漿軟管，泥漿泵將泥漿壓進鉆頭底，泥漿和鉆渣隨著鉆孔上升而上升，然后從護筒頂部排漿孔排到沉淀池，鉆渣在此得以沉淀，泥漿則進入泥漿池循環使用。在鉆進過程中，鉆渣數量和鉆渣濃度都呈現上升趨勢，導致不易排出，需重復碾磨，不利于提高施工效率，而且必須在負壓條件下才能工作，對排渣管和砂石泵的密封要求非常嚴格，稍微出現滲漏，排渣系統就不能正常啟動或正常工作，但該工藝也有不易塌孔的優點。

3.反循環回旋鉆成孔

回旋鉆成孔工主要是利用0.02MPa的靜水壓護壁鉆進的，并采用循環泥漿工藝排渣護壁，因此，防止鉆進過程中孔內坍塌、孔斜非常重要。本工程的成孔工藝調整后，主要采用反循環回旋鉆成孔，排渣采用氣舉反循環方式。回旋鉆機采用KTY-4000型，該型鉆機最大鉆孔深度為130m，最大鉆孔直徑4m，功率285kW，整機自重46t。

二、復雜地層樁基礎施工質量控制措施

在具體施工操作過程中很多技術難以控制，以至于引發質量問題，所以它的質量控制是建筑工程中的重要項目，要嚴格工藝、精細施工、預防為主、治理為輔才能提高鉆孔灌注樁質量。鉆孔機有高強度的振動會對土層有影響，甚至影響到鄰近的孔洞容易形成塌孔、斜孔。所以需要在鉆孔的過程中隨時對垂直度進行觀測和糾正。如果出現斜孔和塌孔要對鉆機位置和垂直度進行分析。塌孔不嚴重可以回填砂礫繼續鉆孔，塌孔嚴重需要整個鉆孔回填，并且分析是否再進行重新鉆孔。要保證成樁質量就必須依靠現行的建筑設計標準。對于原利料質保書要進行嚴格控制，并且進行取樣檢測。鉆孔機、導管也需要用符合建筑行業規定。

三、施工效果比較

成孔后，對孔形進行檢測，并用鉆桿測量孔深，然后清孔、安裝鋼筋籠、澆筑混凝土，最后將鋼護筒拔出。根據檢測結果，三種成孔質量均達到相關標準。但沖擊鉆鉆頭是靠自重下落，成孔垂直度容易得到保障，鉆進過程中對地層擾動較小，護筒不易出現偏移現象，樁平面位置易得到保證。另外，在沖擊鉆成孔施工中，要求進行泥漿循環，所以終孔后的含砂率比采用旋挖鉆成孔后的含砂率低，清孔一段時間即可達到規范值，有利于保證樁底質量。

在工作性能方面，沖擊鉆雖然需人工對準，效率較低，但可通過加大沖程、提高鉆進能力提高對高強度巖層的效果，旋挖鉆則受最大扭矩限制，難以鉆進高強度巖層。在鉆孔時間方面，應用大功率旋挖鉆，27m長的嵌巖樁成孔時間為9-10d左右，應用沖擊鉆為4-9.5d左右，應用反循環回旋鉆為1-4d；在清孔時間上，反循環回旋鉆成孔鉆進距離樁底0.3-0.5m時就可進行第一次清孔，清孔與鉆進可同時進行，所以清孔時間最短。用電耗費上，沖擊鉆明顯低于大功率旋挖鉆和反循環回旋鉆。綜合上述結果，筆者認為在復雜地層樁基礎施工中，可采用沖擊鉆成孔工藝，

二、結束語

總之，選用對復雜地層樁基礎最為適用的施工工藝尤為重要，這是提高樁孔施工質量和施工效率的關鍵所在。從上文分析來看，沖擊鉆、反循環回旋鉆和大功率旋挖鉆均能滿足工程施工質量要求，但從總體施工效果來看，在復雜地層樁基礎施工中，可優先考慮沖擊鉆成孔工藝，而覆蓋層較厚地段可考慮采用反循環回旋鉆和大功率旋挖鉆成孔工藝。當然，在類似工程中，還需結合具體情況進行比選。

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